医学微生物学科研课题式实验体系的探索研究

王微微,宋姗姗,杨艾华,王小敏

(1遵义医科大学基础医学院医学微生物学与免疫学实验室, 遵义 563000;2遵义医科大学基础医学院微生物学教研室; 3国家感染性疾病临床医学研究中心药效学评价平台; △通讯作者)

医学微生物学作为医学相关专业重要的基础课程,是一门连接基础医学与临床医学的桥梁学科,其学科任务是为从事由各类微生物所致疾病的诊断和防治工作提供理论依据,阐述了微生物的生物学特性、致病性及免疫性等,为传染性疾病的防控、药物开发及疫苗研制提供了基础[1]。医学微生物学是一门理论与实践并重的学科,其实验教学在帮助学生理解和掌握医学微生物学基础理论的同时,又可以培养学生掌握实验操作技能和运用理论解决实际问题的能力。随着医学模式转变为生物-心理-社会-环境模式,全球化进程下群众的主要健康问题亦发生了转变,胜任全人群全生命周期全过程管理的应用型护理人才,是新医科建设时代护理人才的培养目标[2]。但是,由于医学微生物学实验课时少,实验项目分散,以授课为基础的学习模式更加偏重于理论知识传授,缺乏对学生理论联系实际和创新思维的培养,导致学生学习自主性不足并失去对实验课的兴趣,教学效果难以达到新医科建设时代对护理人才的需求。

为满足新医科建设时代下护理人才培养目标,课题组分析课程现状并探索行之有效的教学方式[3],持续不断地改进和完善实验课程体系,让医学微生物学实验课成为护理专业大一新生提高其实践创新能力的专业“首”课。根据医学微生物学课程的学时设置和实验平台条件,最大限度地利用现有的软硬件资源,学生通过完成项目选题-实验设计-实验实施-结果分析-论文撰写一个完整的科研环节,激发实验课程的兴趣,提高自主学习的能力,提升理论联系实际以及实践创新的能力。本文现将医学微生物学科研课题式实验体系的教学设计以及实施情况总结如下。

1 实验教学的设计

1.1 科研项目选题

课题设置应兼顾学科理论知识以及护理专业学生特点,做到难易适中。医学微生物学重点研究微生物的“三性两法”以控制和消灭传染性疾病[4]。护理学生毕业后从事的护理工作面向患者,其护理职业素养和严谨操作规范,不仅可防止患者发生交叉感染,也可避免自己的职业暴露,避免发生医院感染[5]。因此,我们选取手部皮肤细菌的检测及分析鉴定作为研究课题,结合专业特点,将课题细分为“未清洁手”“普通洗手”和“卫生手消毒”不同条件手部皮肤细菌检测及分析鉴定的项目,学生可以分析影响细菌数量和种类的因素,强化其有菌意识并树立无菌观念;在鉴定细菌种类时,学习微生物的各类实验方法和基本操作技术;在观察和分析结果时,可以调用医学微生物的基本理论和基本知识并将其应用于分析实际问题。

1.2 课题实验设计

通过微视频和虚拟仿真平台的学习,学生对医学微生物学实验室及基本操作技术有了初步了解后,依据项目选题内容,从实验材料、实验仪器、实验步骤、预期结果和注意事项等方面完成实验设计。这是科研课题实践的重要一步,实验设计的可行性有利于推进项目的顺利实施。这个步骤则是学生主动地内化和运用知识的过程,摸清实验内容和技术方法在实现实验目的中的作用[6]。

1.3 实验方案实施

不同于以往实验教学过程,学生将真实地开展科研实验活动,需要从实验材料准备-实验操作-实验结果记录-实验废弃物处理完成整个流程。实验设计的实施,不仅规范了学生实验操作,也培养了学生实践动手能力。

1.4 实验结果分析

结果分析是对实验数据的整理、分析和统计,是科研实践过程中不可缺少的重要环节。学生对比实验设计中预期结果与实验结果,讨论影响实验结果的因素并提取优化方案,有助于思辨能力的培养和科研意识的训练。

1.5 科研论文撰写

完整的科研过程还需要对实验过程、数据和结论等内容进行整理、总结和反思,形成科研论文。学生在撰写论文的过程中,又进一步地加深了对基础理论的理解,充分锻炼了科研论文写作能力,也培养了逻辑思维能力以及严谨的科学态度,具体内容见图1。

图1 科研课题式实验教学模式的基本流程

2 实验教学的开展

2.1 对象与内容

面向护理专业本科生的医学微生物学课程,授课对象为本专业的一年级学生。根据现有学生实验室规模,教师开设了4个教学班,本着公平自愿、双向选择的原则,选择责任心强的学生。共有60名护理专业学生参与了本项目的实验教学改革。手部皮肤细菌的检测及分析鉴定的研究课题中涉及的重点内容包括:物品的灭菌、标本的无菌采集、标本中细菌的分离、纯化和鉴定、细菌的药物敏感试验。

2.2 教学实施过程

学生按照5人/组分成不同科研小组后,每个科研小组从课题中“未清洁手”“普通洗手”和“卫生手消毒”等不同项目中选定1项,并通过超星学习通、虚拟仿真平台等,在开课前熟知实验课程的安排、了解实验技术及完成实验设计。

课堂上,各科研小组学生展示所选项目的实验设计,然后通过师生、生生之间的交流讨论并确定最终的实施方案。为了保证项目实施顺利开展,各小组分工讲解并演示相关实验技术,交流讨论各技术中的注意事项。比如高压蒸汽灭菌器是医学灭菌技术中常用的设备,属于特种设备范畴,使用过程中可能出现高温伤人、容器爆炸等事故[7],教师引导学生讨论灭菌的技术规范、灭菌物品的特点和要求以及影响灭菌效果的因素等内容,再加以操作不当造成事故的警示教育,让学生意识到严格规范操作流程和提高安全防范的重要性。随后,依据实验设计中实验步骤,各小组自主完成实验操作和记录实验结果,课后完成实验结果的数据整理、分析和总结。最后一次课上,各小组围绕项目内容、预期结果和实验结果进行汇报和讨论,并由学生和教师开展评价和打分。

课后,各小组以实验设计中预期结果为参照,结合实验情况和实验数据,分析影响实验结果的因素,通过查阅文献和组内讨论,提出对原实验设计的修改建议并完成项目论文撰写。教师批阅之后,从实验过程、论文撰写等方面给予反馈。

2.3 结果与评价

2.3.1 实验课程的评价 多元化的考评方式既能客观地衡量学生对实验知识和技能的掌握情况,又能激发学生的学习热情,有利于学生的增值性发展[8]。本实验教学对学生的实验考评将从实验设计、实验技术讲解和展示、实验操作、实验汇报、论文撰写以及实验参与度等6个方面开展形成性评价:实验设计占10%、实验技术讲解占10%、实验技术展示占5%、实验操作占40%、实验汇报占10%、论文撰写占15%、实验参与度占10%;形成性评价的各项评价内容均采取教师评价(80%)、组内评价(10%)和组间评价(10%)的多样化评价方式。

2.3.2 实验改革效果评价 课程结束后,教师深入了解参加实验教学的学生对本教学改革的学习感受以及教学意见和评价,以更好地完善实验教学体系的建设和提高教学质量。实验课程反馈信息以问卷调查的形式完成,主要设置的问题包括:①采用科研课题融入的医学微生物学实验教学方式,你是否认可?②相较于传统的实验教学模式,你在此项实验教学模式下的实验课中参与感如何?③你认为此项实验教学模式是否能够激发实验兴趣?④你认为此项实验教学模式是否锻炼了自身实践能力、团队协作以及创新思维等综合素养?⑤此项实验教学模式采取了教师评价、组内评价和组间评价的形成性评价的实验考核成绩,你喜欢这种考核方式吗?⑥你是否支持继续在医学微生物学实验课程中开展此项教学改革?⑦请你指出此项实验教学模式存在的问题并提出宝贵意见。

3 实验教学的效果与讨论

问卷调查结果显示,学生对科研课题融入的医学微生物学实验教学模式的总体认可度高,实验课堂中表现出浓厚的兴趣以及认真的态度,采用的实验考核方式能够较为客观地反映学生的学习情况。学生反馈在这种实验教学模式中可以切身感受到真实的科研过程,尤其是体会到科技论文与实验报告的差异,科技论文撰写不是简单地誊抄实验原理和记录实验过程,而是书写框架完整的科研成果记录和分析。学生在撰写过程中学会了主动地思考和分析实验现象的本质,也理解了如何运用基础理论分析和解决实际问题,对于理论知识的学习也不再感到枯燥,同时也提高了实践动手能力,锻炼了创新思维和科研能力。

3.1 学生由被动接受向主动探索过渡

护理专业医学微生物学实验课共8学时,其中,实验课的1/2学时为教师对实验目的、原理和流程的讲解以及实验操作技术的示教,剩余时间由学生机械地模仿完成实验。该模式下的课堂气氛沉闷,学生敷衍了事,实验效果不理想,实验报告内容大同小异。实验教学改革后,学生在实验课堂上需要讨论和明确实验设计,并按实验步骤进行实验操作完成所选的课题项目,这就要求学生自主地了解各个实验步骤的基础理论、应用意义和注意事项。比如,在细菌的形态和生化鉴定这个实验环节,以往是提供给学生已知菌株和生化示教管,学生只要观察结果即可,无法理解形态观察和生化反应对于细菌鉴定的实际意义。然而,此项目中的细菌是从学生手部皮肤上分离的未知菌株。学生要根据革兰染色和形态观察的结果,进一步查阅资料以确定后续生化鉴定的实验项目,配制培养基、培养细菌、观察结果,推测未知菌株的种类。所以,在实验设计、实施和分析的过程,学生明确了各知识点之间的联系,拓宽了思考问题的角度,从而对分散的知识点有了系统认识,由知识的被动接受者转为知识的主动获取者。同时,以科研小组为单位的实验环境,也强化了学生之间的沟通、合作能力,让课堂气氛变得活跃,充分发挥学生的自主学习和思辨能力。

3.2 实验由基础验证型向综合设计型过渡

护理专业医学微生物学实验内容均为基础验证型实验。学生仅需在已知实验结果的基础上来进行实验验证,实验报告的书写也是根据理想实验结果进行讨论,导致了学生对实验操作不以为然、对实验结果不上心。实验教学改革后,学生实验所用到样本是自己采集的标本,虽然在确定的实验设计中有预期结果,但是实践中环环相扣的实验步骤都可能影响到实验结果,需要学生深入理解医学微生物学的“三基”形成知识框架,严格要求每个实验步骤操作。比如,组间对比“未清洁手”和“卫生手消毒”的手部皮肤细菌数量时,预期结果应该是后者的手部皮肤细菌数量少于前者,但实验结果显示两者数量上没有显著差异。通过组内讨论、组间交流以及与教师沟通后,学生发现问题出在“采样”过程。两组学生均未严格按照涂抹法采集手部细菌,最终导致实验结果与预期出入较大。学生只有真正地全程参与实验项目中,才能在发现实验结果与预期不一致时,回顾各个实验步骤,分析和解决存在的问题并及时地给予修正。整个过程让学生对科研有了新的认识,增强了学生的新鲜感和成就感,提升了学生知识梳理和总结反思的能力,实现了知识的有效吸收。

3.3 教师由知识传授者向学习引导者过渡

传统讲授的教学模式为任课教师将实验课程内容制成板书,在课上讲授给学生,若课堂气氛不活跃,师生交流少,易导致任课教师产生疲倦感和无力感。实验教学改革后,教学主体真正地回归到学生,教师角色则变为引导者,从实验设计、实验操作和论文撰写等环节对学生的学习方式、学习内容和学习效果等开展引导。课前,教师提供教学资料帮助学生巩固和梳理细菌标本采集、分离培养、种类鉴定等理论知识和实验技术。实验设计中,有的小组大量地查阅文献后,将高通量测序作为解决项目中细菌种类鉴定的技术手段,有的小组则采用先培养再PCR测序的技术路线分析手部细菌的种类。这就需要教师适时地介入,告知学生细菌的纯培养物以及细菌的形态特征、生化反应等鉴定指标,都是菌种鉴定必不可少的步骤,引导学生理解课题项目的研究目的,确定一套科学、可行的实验方案。实验过程中,教师积极地参与学生互动讨论中,适时地给予学生解惑和提出建议,在促进学生对知识点理解的同时,也听到了学生对于问题的新见解。与传统的实验报告不同,在学生论文撰写前,教师会以学术文献为模版,结合实验结果,向学生解析论文结构和各要素间的关系,引导学生撰写出一份结构完整、分析结果客观的论文。上述引导过程也对任课教师的教学能力提出了较高的要求。任课教师需要不断地夯实基本功、更新教学理念、丰富引导方式、紧跟学科前沿,才能更好地指导学生开展科研课题式实验。

应用型护士专业人才的培养一直是我校护理专业人才培养的目标之一,注重提升护理学生的专业素养和实际应用能力,以满足医疗卫生水平需求和环境发展[9]。课题组分析教学现状,对护理专业医学微生物学实验教学不断进行改革和优化。医学微生物学科研课题式实验教学模式表现出很多优势,如学生主体性得到尊重,实验课堂氛围活跃,师生互动性增强,学生学习热情高涨,职业素养和创新思维提高等。此项医学微生物学实验教学改革弥补了传统实验教学的不足,有效地促进了教学相长,为目前本科护理专业的实验教学提供了新思路,课程改革成效初步显现。